摘要：生活垃圾填埋場是城市重要的市政基礎設施，也是生活垃圾減量化、資源化、無害化鏈條上不可或缺的最后一環(huán)。由于垃圾特性、防滲系統(tǒng)設計、運行管理等方面的原因，我國生活垃圾填埋場滲濾液積累問題較為突出，造成嚴重的環(huán)境與安全隱患。本文在分析填埋場滲濾液積累成因的基礎上，從“源頭減水”、“設計補水”、“過程控水”和“優(yōu)化排水”四個方面提出解決填埋場滲濾液積累問題的對策措施。
引言：生活垃圾產(chǎn)生量大，與居民生活和城鄉(xiāng)環(huán)境息息相關，是我國固體廢物管理的重點對象之一。近年來，我國生活垃圾處理的“減量化、資源化、無害化”水平逐步提升，建成了一大批符合國家相關標準的衛(wèi)生填埋場和焚燒發(fā)電廠，為改善城鄉(xiāng)環(huán)境衛(wèi)生條件和提升區(qū)域環(huán)境質(zhì)量作出了重要貢獻。填埋場是消納生活垃圾的重要的市政基礎設施，也是生活垃圾處理“減量化、資源化、無害化”鏈條上不可或缺的最后一環(huán)。主要來自降雨入滲和垃圾自身所含的“水”是影響填埋場垃圾穩(wěn)定化、污染物產(chǎn)生釋放和堆體安全的關鍵活躍因素?！八痹谔盥駡鰞?nèi)遷移過程中，淋濾溶解裹挾垃圾中各類有機、無機污染物，形成一種特性復雜的高濃度有機廢水，即垃圾滲濾液。滲濾液的導排與處理是填埋場設計、建設與運營管理的重要內(nèi)容。滲濾液導排不暢，就會在填埋場內(nèi)不斷積存，雍高填埋場水位，成為填埋場運營中的一個突出問題。
目前，我國生活垃圾填埋場普遍存在積水嚴重、水位雍高的現(xiàn)象，滲濾液水位高達幾米至幾十米，遠遠超過《生活垃圾填埋場污染控制標準》(GB 16889-2008)規(guī)定的30厘米的滲濾液積深限值。水位過高，使填埋場滲濾液滲漏速率和滲漏量大大增加，加劇了地下水污染。同時，垃圾堆體孔隙完全被水占據(jù)導致填埋氣運移受阻，造成填埋氣收集系統(tǒng)效率低下。更為重要的是，水位之下的垃圾堆體處于飽水狀態(tài)，抗剪強度降低，堆體滑移失穩(wěn)的風險升高，形成巨大的安全隱患。這一問題在我國尚未引起足夠重視。本文將對我國生活垃圾填埋場滲濾液積累的成因進行分析，進而從“源頭減水”、“設計補水”、“過程控水”和“優(yōu)化排水”四個方面提出解決填埋場滲濾液積累問題的對策，為改進我國生活垃圾填埋場設計建設與運行管理提供參考依據(jù)。
成因分析
垃圾自身含水的貢獻較大
我國生活垃圾中廚余組分含量高達60%左右、水分含量高達50%以上，與發(fā)達國家以紙塑類為主、低含水率的垃圾迥然不同。這種“濕”垃圾進入填埋場，等同于向填埋場注入大量水分，必然導致較高的滲濾液產(chǎn)生量。據(jù)統(tǒng)計，我國北方地區(qū)垃圾自身含水對填埋場滲濾液產(chǎn)生量的貢獻超過22%～45%，南方地區(qū)甚至超過50%。發(fā)達國家填埋場噸垃圾滲濾液產(chǎn)生量約150升，而我國填埋場噸垃圾滲濾液產(chǎn)生量可達500～800升。但是，作為設計依據(jù)的我國《生活垃圾衛(wèi)生填埋處理技術(shù)規(guī)范》(GB 50869-2013)給出的滲濾液產(chǎn)生量計算公式，僅考慮了降雨入滲的貢獻，而忽略了垃圾自身含水的貢獻，因此填埋場滲濾液導排系統(tǒng)的設計排水能力先天不足，處理設施的設計規(guī)模普遍小于實際滲濾液產(chǎn)生量。一方面填埋場產(chǎn)生的滲濾液不能及時排出，排出的滲濾液也得不到及時處理，大量滲濾液積存于填埋場內(nèi)，導致水位不斷升高。
填埋場雨污分流不夠精細
我國是多山型國家，三分之二左右的填埋場是山谷型填埋場。部分填埋場防洪系統(tǒng)不完善、截洪溝設計不合理、雨水無法順利排出填埋庫區(qū)，垃圾填埋場匯水面積過大，暴雨情況下雨水大量進入填埋場成為滲濾液。同時，早期建設的部分填埋場沒有鋪設水平防滲系統(tǒng)，地下水間歇性侵入，也成為滲濾液的一個重要來源。填埋作業(yè)過程中管理較為粗放，作業(yè)面過大，非作業(yè)面覆膜不及時，也會造成過多雨水進入填埋堆體。同時，由于我國垃圾中易降解有機質(zhì)含量高，填埋堆體容易發(fā)生不均勻沉降，膜覆蓋區(qū)無法形成統(tǒng)一的排水坡度，膜上匯集的雨水可能沿覆蓋膜銜接處下滲進入堆體，進一步增加滲濾液產(chǎn)生量。
填埋堆體水分下滲困難
我國生活垃圾填埋場填埋高度大多在40米以上。隨著填埋高度的增加，堆體不斷壓密，孔隙度減小，同時垃圾逐步降解也使堆體發(fā)生沉降。據(jù)研究，填埋堆體滲透系數(shù)隨填埋深度的增加而下降，最低可達到10-6厘米/秒，近似不透水層。在這種情況下，上層垃圾及降雨入滲產(chǎn)生的滲濾液被阻隔在堆體高處，并沿水平方向運動，難以下滲進入滲濾液導排層。有的填埋場為作業(yè)方便，上層填埋垃圾時不揭去下層臨時覆蓋的膜，各層間的膜成為了相對不透水層，阻礙滲濾液下滲，形成多層上層滯水。
滲濾液導排系統(tǒng)堵塞
我國生活垃圾填埋場普遍存在滲濾液導排系統(tǒng)嚴重堵塞，場內(nèi)滲濾液難以排出的問題。滲濾液導排系統(tǒng)堵塞是填埋場內(nèi)物理、生物、化學綜合作用的結(jié)果。由于我國生活垃圾組分復雜，滲濾液中懸浮顆粒物含量較高。攜帶高懸浮顆粒物的滲濾液流經(jīng)導排層時，懸浮顆粒物被攔截沉積，導排層孔隙度降低，形成物理堵塞。特別是導排層上部鋪設有無紡布保護層時，懸浮顆粒物被高效攔截，迅速堵塞無紡布結(jié)構(gòu)孔隙，在其上發(fā)生沉積，數(shù)月之內(nèi)就可能形成一層不透水層。另外，填埋堆體不均勻沉降可能導致滲濾液排水管強烈變形扭曲，進一步降低導排效率。滲濾液揮發(fā)性脂肪酸(VFA)濃度較高，營養(yǎng)元素豐富，VFA被微生物降解，在導排層材料表面形成活性生物膜，并會逐漸退化為惰性生物膜，沉積在導排層材料表面，侵占導排層孔隙空間，形成生物堵塞。VFA分解的主要產(chǎn)物是CO2，CO2溶解進入水體成為CO32-，與滲濾液中溶解的鈣、鎂等金屬離子形成CaCO3、MgCO3、CaMg(CO3)2等沉淀，并沉積在導排層材料表面和生物膜內(nèi)部，固結(jié)為珊瑚狀結(jié)構(gòu)，形成化學堵塞。一些填埋場采用回灌方式處理富集鈣、鎂離子的滲濾液膜處理濃縮液，進一步增大了化學堵塞風險。
污泥、飛灰與生活垃圾共填埋
我國部分生活垃圾填埋場還接受污水處理廠脫水污泥入場填埋。污泥中細顆粒物含量較高，與生活垃圾混合填埋加大了滲濾液導排系統(tǒng)物理堵塞的風險。同時，為達到入場含水率和抗剪強度等指標要求，污泥填埋前通常需要添加石灰等含鈣物質(zhì)進行固化穩(wěn)定化，而大量含鈣物質(zhì)的加入又增加了導排系統(tǒng)化學堵塞的風險。另外，由于污泥顆粒蠕變性、持水性強，經(jīng)壓實后污泥顆粒間孔隙迅速降低，滲透系數(shù)與壓實粘土接近甚至更低，成為難透水體，阻礙了滲濾液的下滲與導排。
我國生活垃圾焚燒發(fā)展高速發(fā)展，產(chǎn)生大量飛灰。目前，飛灰主要的處理方式是固化穩(wěn)定化達到一定入場標準后進入生活垃圾填埋場處置。飛灰在填埋場被滲濾液沖刷釋放出大量細顆粒物，加速了物理堵塞的發(fā)生。同時，生活垃圾滲濾液中一般碳酸根過量而鈣離子缺乏，一定程度上限制了化學沉淀的發(fā)生速度，而飛灰中鈣含量極高，鈣離子的溶出恰好使原本受鈣離子濃度制約的化學沉淀作用得以快速發(fā)生[7]。另外，由于飛灰的加入滲濾液pH值顯著提升，使?jié)B濾液中的H2CO3、HCO3-迅速轉(zhuǎn)化為易于同鈣離子發(fā)生沉淀的CO32-，大大促進了碳酸鈣沉淀生成。因此，飛灰與生活垃圾共填埋會加劇滲濾液導排系統(tǒng)堵塞。
控制對策
源頭減水
我國生活垃圾極高的含水率對滲濾液大量產(chǎn)生及其在場內(nèi)的積存貢獻較大，因此，降低進入填埋場的垃圾含水率是解決我國生活垃圾填埋場積水問題的治本之策。通過垃圾分類，實現(xiàn)垃圾分類處理，避免或者減少高含水的廚余垃圾進入填埋場，是最為直接、有效的減水方式。居民在將剩菜剩飯等廚余垃圾投放進垃圾桶之前，先盡可能將水瀝干，也是一種簡便易行的減水方式。另外，通過機械—生物方式，對垃圾進行適度脫水干化預處理后再填埋處置，也是可行的選擇。
廚余垃圾主要為易降解有機物，是填埋場滲濾液高VFA濃度的主要來源，對填埋場滲濾液導排系統(tǒng)生物堵塞影響較大。因此，應結(jié)合我國普遍推行生活垃圾分類制度的要求，抓緊構(gòu)建生活垃圾分類處理系統(tǒng)，積極推行原生垃圾零填埋，降低填埋垃圾中高含水易降解的廚余垃圾比例。
設計“補”水
我國生活垃圾填埋場滲濾液產(chǎn)生量計算公式忽略了垃圾自身高含水的巨大貢獻，據(jù)此設計和建設的滲濾液導排系統(tǒng)排水能力偏低，相應的處理設施處理能力偏小，導致滲濾液在場內(nèi)不能及時排出場內(nèi)，即使排出也因能力不足處理不了，只能積存于場內(nèi)，越積越多，形成惡性循環(huán)。因此，應盡快修訂作為設計依據(jù)的我國生活垃圾填埋場滲濾液產(chǎn)生量計算公式，將垃圾自身含水作為重要的滲濾液產(chǎn)生源項考慮在內(nèi)。在科學衡算我國生活垃圾填埋場滲濾液產(chǎn)生量的基礎上，在設計中適當增大排水管管徑、縮小排水管間距，增加導排層厚度和礫石粒徑，提高滲濾液導排系統(tǒng)排水能力。同時，擴大滲濾液處理設施處理規(guī)模，保證排出的滲濾液能夠得到及時處理。
過程控水
填埋場設計、建設與運行中應嚴格實行雨污分流，保證截洪溝發(fā)揮最大功能，嚴控作業(yè)面積，非作業(yè)面及時覆蓋，達到填埋高度的區(qū)域及時封場，盡可能減少暴雨徑流匯入量和降雨入滲量。在填埋庫底及邊坡全面鋪設防滲及滲濾液導排系統(tǒng)的基礎上，在地下水位較高的區(qū)域設計和建設地下水導排系統(tǒng)，避免地下水侵入。上層填埋垃圾時，及時揭去下層臨時覆蓋的膜，防止“覆蓋層”變成“隔水層”。禁止?jié)B濾液膜處理濃縮液回灌到填埋場，以避免鈣鎂離子累積，從而加劇導排層化學堵塞并影響滲濾液處理效率。填埋場一旦發(fā)生積水，水頭的升高和污染物的積累又會進一步加速物理、生物和化學堵塞的發(fā)生。因此，有條件的地方，應對填埋場內(nèi)積水情況進行定期監(jiān)控，填埋場出現(xiàn)水位雍高時，不能無所作為，應采取積極干預措施進行降水疏導，避免積水情況進一步惡化。
優(yōu)化排水
填埋場滲濾液導排系統(tǒng)設計中，除了提高其排水能力外，防止其發(fā)生物理、生物、化學堵塞更為重要。我國填埋場滲濾液導排系統(tǒng)主要由土工布保護層、礫石導排層和導排管三大組件構(gòu)成，位于礫石導排層與垃圾層之間的土工布能對礫石導排層起到保護作用，但也容易將滲濾液中的顆粒物過濾而沉積下來，成為最先發(fā)生淤堵的位置。淤堵不斷發(fā)展，土工布保護層轉(zhuǎn)化為不透水層。因此，我國生活垃圾填埋場滲濾液導排系統(tǒng)設置土工布保護層的綜合效應有待進一步研究。
我國大中城市數(shù)量眾多，相應地大型生活垃圾填埋場數(shù)量較多，分布較廣。大型生活垃圾填埋場庫區(qū)面積和堆體厚度較大，堆體由于壓密作用滲透系數(shù)降低，底部的排水管容易發(fā)生扭曲變形，喪失排水能力，因此發(fā)生滲濾液積累和導排層堵塞的可能性更大。因此，大型填埋場應考慮分區(qū)、多層設置滲濾液導排系統(tǒng)，或構(gòu)建水平導排與垂直導排相結(jié)合的立體導排系統(tǒng)，提高滲濾液導排效率。
鑒于污泥和飛灰進入生活垃圾填埋場處置會顯著加劇滲濾液導排系統(tǒng)堵塞，填埋場對于接受污泥和飛灰入場應系統(tǒng)規(guī)劃科學設計嚴格管理。填埋場設計、建設和運行時，必須考慮到污泥和飛灰對滲濾液導排的不利影響。污泥應盡可能與生活垃圾分區(qū)填埋，飛灰必須在相對獨立的區(qū)域單獨填埋，并安裝獨立的滲濾液導排系統(tǒng)。
結(jié)論與思考
原因：我國生活垃圾填埋場積水嚴重，水位超過標準規(guī)定限值的數(shù)十乃至數(shù)百倍，環(huán)境與安全風險較高。原因主要包括：
(1)垃圾自身含水率較高，滲濾液產(chǎn)生量遠超設計導排能力與處理規(guī)模;
(2)填埋場雨污分流不夠精細和嚴格，暴雨匯入量和降雨入滲量較大;
(3)填埋堆體厚度較大，垃圾的壓密作用和降解過程使其滲透性降低;
(4)我國生活垃圾填埋場滲濾液具有高懸浮物、高有機負荷、高無機鹽的特性，有利于填埋場內(nèi)物理、生物、化學堵塞的發(fā)生，造成滲濾液導排系統(tǒng)堵塞失效;
(5)污泥及飛灰中富含細顆粒物和鈣離子，且堿性較強，加劇了滲濾液導排系統(tǒng)堵塞。
對策：據(jù)此，提出解決我國填埋場積水問題的對策主要包括：
(1)源頭減水：通過垃圾分類、源頭瀝水和脫水預處理，降低進入填埋場垃圾的含水率，實現(xiàn)高含水、高廚余原生垃圾的零填埋;
(3)設計“補”水：將垃圾自身含水作為重要源項，修訂我國生活垃圾填埋場滲濾液產(chǎn)生量計算公式，擴大滲濾液導排系統(tǒng)排水能力和處理設施處理能力;
(3)過程控水：填埋場設計、建設與運行過程中，嚴格實施雨污分流，出現(xiàn)水位雍高時采取積極干預措施進行降水疏導，禁止?jié)B濾液膜處理濃縮液回灌;
(4)優(yōu)化排水：優(yōu)化滲濾液導排層結(jié)構(gòu)設計，如取消無紡布保護層，大型填埋場應考慮分區(qū)、多層設置滲濾液導排系統(tǒng)，污泥與飛灰應嚴格分區(qū)填埋，且配備獨立的滲濾液導排系統(tǒng)。
來源:《環(huán)境保護》 作者:劉建國等
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